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1、现代机械设计理论与措施（大作业)1、 采用系统化设计流程及所学现代设计措施具体论述某公司需要投资研发一款新型产品的整个设计流程和采用措施。(1）请具体论述采用哪些设计措施，如何去完毕新产品的规划设计过程？（2)请具体论述采用哪些设计措施，如何去完毕新产品的方案设计过程?（3）请具体论述采用哪些设计措施，如何去完毕新产品的技术设计过程？（4)请具体论述采用哪些设计措施，如何去完毕新产品的施工设计过程？答:（1） 产品规划设计涉及三个重要阶段：第一种阶段是市场细分及选择阶段。在这个阶段,重要通过市场调研与分析,研究如何细分市场,以及公司如何选择细分市场，最后拟定公司对细分市场的战略选择。第二个阶段
2、是定义新产品概念。在这个阶段中要对某个细分市场，收集其需求的重要内容,涉及客户需求、竞争需求及公司内部需求,并拟定公司在该细分市场的产品定位，然后寻找和定义新产品概念。第三个阶段是拟定产品规划阶段。在这一阶段中需要从技术层面分析新产品属于哪个产品族及其开发途径，并根据公司的战略拟定新产品开发的优先顺序和组合方略,然后根据公司资源状况,制定新产品开发的时间筹划。产品规划设计的环节为:信息集约产品设计任务预测调研可行性分析明确任务规定可行性报告、设计规定项目表。进行产品规划设计的重要措施有：设计措施和预测技术。支持产品规划设计的重要理论有：设计措施学、技术预测理论、市场学、信息学等。（2） 新产品
3、的方案设计过程大体可以分为方案设计和方案评审两个阶段。方案设计阶段的环节为:总共能分析功能分解功能元求解功能载体组合获得功能原理方案(多种原理方案)原理实验评价决策最优原理方案原理参数表、方案原理图。进行产品的方案设计的措施重要有:系统化设计措施、发明技法、评价决策法、形态学矩阵法。重要的理论指引涉及：系统工程学、形态学、发明学、思维心理学、决策论、模糊数学等。（3） 对产品进行技术设计时,一方面要对构造进行总体设计，涉及了对产品的构造设计和造型设计。进行新产品的技术设计的重要环节为：产品技术设计的措施重要涉及:价值设计、优化设计、可靠性设计、宜人性设计、产品造型设计、系列化设计、机械性能设计
4、、工艺性设计、自动化设计等。产品技术设计过程中重要波及的理论指引有：价值工程学、最优化措施、工程遗传算法、可靠性理论与实验、人机工程学、模块化设计、有限元法、动态设计、摩擦学设计、机械设计的工艺基本、控制理论、智能工程、人工神经元计算措施、专家系统等。（4） 产品构造设计施工设计的重要环节为：零件工作图部件装配图技术文献。产品造型设计施工设计的重要环节为:外观件加工工艺、画饰工艺规程效果图、检查原则造型工艺文献。进行产品施工设计的重要措施有：多种制造、装配、造型、装饰、检查等措施。2、 运用形态学矩阵和评价措施,建立合理的煤矿主通风机构造设计方案,并建立以费用为优化目的，系统可靠度不低于9的主
5、通风机构造设计优化数学模型? 答：研究对象为煤矿主通风机通风机是采煤通风系统中的重要设备。主扇用于全矿井或矿井某一翼的通风,又叫主通风机。辅扇是用于矿井通风网路中分支风路调节起风量的，是协助主通风机工作的。局扇是用于矿井无贯穿风流没有打通的巷道的局部地点通风。矿用风机在矿井通风中的功能涉及，可以将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场合,保证生产和良好的劳动条件；保证风流稳定，易于管理并具有抗灾能力；具有反转功能,在发生事故时,可由抽风改为送风，风流易于控制，人员便于撤出;可与环境及安全监测系统或检测措施相连接，实现自动控制等。矿井主通风机的形态学矩阵 局部解 功能元12工作措施抽出式压入式混合式
6、动力源电动机气动马达液动机风机叶片单板型叶片机翼型叶片圆弧叶片圆弧窄叶片防爆技术隔爆型浇封型气密型无火花型系统解的也许方案数N=334=44种现列出其中两种系统解为:：抽出式+电动机+单板型叶片+无火花型:压入式+电动机+圆弧叶片+隔爆型评价与决策现采用简朴评价法。用“+”表达“较好”,用“+”表达“好”，用“”表达“不好”。其评价构造表为 方案评价准则成本低+便于制造+-构造简朴-操作以便-+安全性能高+-总计3“+”1“-”总计成果表白,方案为较抱负的方案。主通风机构造设计优化数学模型1） 拟定设计变量产品在规定的条件下和规定的时间内完毕规定功能的概率称为可靠度。可见，产品的可靠度是时间的
7、函数,因此,以时间作为设计变量对产品进行可靠度优化设计。2） 目的函数以费用为目的函数。通风机的费用应当涉及了购买的费用、保养的费用和维修的费用。其中，购买的费用为一定值,而随着通风机的老化，保养费用和维修费用会逐渐增长。因此，保养费用和维修费用也是有关时间的隐式函数。记保养费用有关时间的函数关系式为,记维修费用有关时间的函数关系式为。则通风机在其全寿命过程中的费用为：3） 约束条件由可靠性设计知识可知,产品失效率定义为：产品工作时刻尚未失效的产品,在该时刻后来的下一种单位时间内发生失效的概率。它是时间的函数,又称为失效率函数,用表达。式中,为开始时投入主通风机实验产品的总数；为时刻主通风机的
8、失效数；为时刻产品的失效数；为时间间隔。根据失效率的定义,可得对上式分子分母各乘以,得式中，为产品的可靠度，且。对上式从0到积分,则得到于是得于是,系统可靠度不低于99%的主通风机构造设计优化数学模型为:3、 具体论述运用有限元法及软件进行采煤机截齿构造强度和刚度安全性分析的过程？答:采煤机截齿构造如图1所示图一:采煤机截齿构造图采用有限元进行采煤机截齿构造强度和刚度安全性分析的环节大体可以分为三步(采用的有限元软件为ANSYS）:第一步：建立有限元模型:建立有限元模型的环节可以分为如下几种流程1） 指定工作文献名和标题名:在建立工作文献名和标题之前,一方面应修改工作途径，将所要进行的有限元分
9、析保存在某一特定途径的文献夹中,以便查看和编辑所做的分析。工作文献名的建立是在进入前解决器之前完毕的,工作文献名也就是NSYS为存储在工作空间中的文献获得名字。标题名最直观的作用是用简洁的英文语句标示目前分析的某种信息，如分析对象、分析工况、分析性质等。2） 定义单元类型：ANSY提供了上百种不同的单元，为了以便顾客对的辨认这些单元，AS建立了针对不同问题的单元类型，并根据单元类型的特点为每个单元命名。单元命名格式为（单元类型前缀名+数字编号)，其中的数字编号在ASS中是没有反复的。定义单元类型的措施为，【mameu】（主菜单）【preproesr】(前解决器)【ement】（单元类型）【ad
10、】（增长)【edt】（编辑）【delt】（删除）,在弹出【element yes】（单元定义)对话框后，在弹出的对话框中选择需要的单元类型。3） 定义材料属性:AS中的所有分析都需要输入材料属性。输入采煤机截齿的弹性模量和泊松比等。具体措施为:单击【man enu】(主菜单）【peprossr】(前解决器)【atriaPop】（材料属性）【matia odel】（材料模型）,弹出【defne mterial moel behvior】（定义材料模型)对话框后，单击右侧列表框中的构造模型【structu】（构造）【ln】（线性)【elsti】(弹性)【sotropi】（各向同性）,表白要定义的材
11、料是各向同性线弹性材料。4） 创立有限元模型:ANSYS提供了两种措施来构建有限元模型,一种是一方面创立或导入实体模型，然后对实体模型进行网格划分，以生成有限元模型;另一种是直接运用单元和节点生成有限元模型，但是第二种措施非常困难,因此，在实际中不实用也不常用。本例中采用第一种措施建立采煤机截齿的有限元模型。一方面在SolidWrks软件中画出截齿的三维实体模型，然后将其导入ANSYS中并对实体模型进行网格划分。建立采煤机截齿的有限元模型如图2:图：采煤机截齿有限元分析模型第二步：加载和求解:1） 定义分析类型和设立分析选项：ANSYS可以求解7种不同类型的分析，分别是静态分析，瞬态分析、谐振
12、分析、模态分析、频谱分析、屈曲分析和子构造分析。定义分析选项的措施为：【main mnu】（主菜单)【soin】（求解器)【analysis】（分析类型)【ne analsis】（新的分析）。2） 施加载荷:按照模型受载荷的方式对进行网格划分后的实体模型进行加载。3） 设立载荷步选项：拟定载荷子步的个数，可以指定最大和最小载荷子步数或者最长和最短时间步数，对该选项进行控制。4） 求解:选择合适的求解措施：【mi enu】(主菜单)【solutin】(求解器)【anysis ype】（分析类型)【soln onos】（求解控制),弹出【slutoncontrls】对话框后选择合适的求解措施即可。
13、选择好求解器后可进行求解，措施为：【manmenu】（主菜单)【soltn】（求解器)【solv】（求解)【current Ls】(目前载荷步）。第三步:成果后解决和成果查看：有限元完毕计算后，需要查看分析成果。分析成果的查看通过后解决来完毕。所谓后解决器,就是观测和分析有限元的计算成果，并从成果中鉴定计算与否对的。ANSY后解决器涉及两个模块，通用后解决器P1和时间历程后解决器PST。进入通用后解决器的措施为:【main menu】（主菜单)【enerl ospoc】(通用后解决器）。进入时间历程后解决器的措施为:【maine】(主菜单)【tmhist otroc】(时间历程后解决器)。4、
14、 选择某传动齿轮轴，具体论述进行该传动齿轮轴机械强度可靠性设计过程(分别按照静强度、疲劳强度进行计算过程论述)?静强度可靠性设计可靠性设计的基本出发点是零件材料的极限应力lim服从于概率密度函数f（S）的随机变量,而作用于零件危险截面上的工作应力L服从与概率密度函数g()的随机变量。并用强度-应力干涉理论计算出零件的可靠度或设计出在规定可靠度下零件的基本尺寸。用(S）和g(L)分别表达齿轮轴的强度和应力的概率密度函数。定义可靠度为由应力-强度干涉模型可得强度不不小于应力的概率为强度和应力均为独立的随后变量。因此失效概率为则齿轮轴的可靠度为通过大量的实验分析,齿轮轴的强度和应力的概率密度函数服从于正态分布,即,根据齿轮轴强度可靠度的定义，令，由于和L均是随后变量，因此也是随机变量并服从于正态分布。其概率密度函数用来表达,因此根据随机变量正太分布的运算法则,因此，齿轮轴强度的可靠性为令，则上式为。令,则齿轮轴的强度可靠度计算式为。称为强度应力耦合方程。在工程设计中，由于荷载和应力的现行设计措施具有一定的误差,同步考虑零件的重要限度，实际计算时往往引入强度储藏系数N(N1)，因此上式为。只要计算出强度和应力的均值和方差，即可用耦合方程计算出齿轮轴的可靠度。同样可以设计出在规定可靠度下的轴的几何尺寸。疲劳强度可靠性设计在常规疲劳强度设
